BÖLÜM 2 Okuma Parçası

Transkript

1 BÖLÜM 2 Okuma Parçası Atomlar ve moleküller hareket halindedir Her zaman bir şeylerin sıcak veya soğuk olduğunu söyleriz. Fakat neden öyle oldukları hakkında hiç düşünmeyiz. Oda sıcaklığında metal bir kaşık sıcak bir sıvıya yerleştirilirse (çay veya çorba gibi), kaşık daha sıcak olur. Neden? Şu an itibariyle maddelerin atomlardan veya moleküllerden oluştuğunu biliyoruz. Bu atomlar ve moleküller daima hareket halindedir. Ayrıca atomların ve moleküllerin ısıtıldıklarında, daha hızlı hareket ettiklerini ve soğutulduklarında ise daha yavaş hareket ettiklerini de biliyoruz. Fakat gerçekte atomların ve moleküllerin ısınması veya soğuması nasıl gerçekleşiyor? Metal kaşığın ısınması örneğindeki gibi, sıvıdan kaşığa ısı yani enerji aktarımı nasıl gerçekleşiyor? Hareketli Atomların ve Moleküllerin enerjileri vardır Yukarıdaki soruları cevaplamak için, gerçekte hareket eden atomların ve moleküllerin enerjilerinin olup olmadığını düşünmeliyiz. Kütlesi olan ve hareket eden şeylerin (tren, hareketli bir top veya bir atomun), belirli bir miktar enerjisi vardır. Hareketli bir nesnenin enerjisine kinetik enerji denir. Eğer nesnenin hızı artarsa, kinetik enerji de artar. Eğer nesnenin hızı azalırsa, kinetik enerjisi de azalır. Bu nedenle bir maddenin atomları veya molekülleri hızlı hareket ederse, kinetik enerjileri daha çok olacaktır. Isıtmak için Enerji aktarılabilir Sıcak sıvıdaki kaşık örneğinde, sıcak sıvı molekülleri çok hızlı hareket ettiği için kinetik enerjileri çoktur. Oda sıcaklığındaki kaşık sıvıya batırıldığında, sıvıdaki hızlı hareket eden moleküller kaşıktaki yavaş hareket eden atomlara temas ederler. Hızlı moleküller yavaş atomlara çarparak, yavaş atomların hızlarının artmasına neden olur. Tabi ki çarpan moleküller de biraz hız kaybeder. Böylece, hızlı moleküller kinetik enerjilerinin birazını yavaş atomlara verir ve atomların kinetik enerjisi artar. Temas yoluyla doğrudan enerji aktarımı olan bu olaya iletim denir Yücel ALTUNDAL Orta Öğretim (Lise) Kimyası 147

2 Soğutmak için Enerji aktarılabilir İletim yoluyla soğuma, ısınmayla aynı şekildedir. Fakat madde enerji kazanmak yerine, enerji kaybeder. Metal kaşık örneğine tekrar dönelim. Bu sefer sıcak bir kaşığı oda sıcaklığındaki sıvıya batıralım. Sıcak kaşık oda sıcaklığındaki sıvıya batırıldığında, kaşıktaki hızlı hareket eden atomlar sudaki yavaş hareket eden moleküllere temas ederler. Yavaş moleküllerin hızlı atomlara çarpmasıyla, atomların hızları azalır. İşte hız kaybeden ve yavaşlayan atomların kinetik enerjileri de azalır. Böylece kaşık soğurken, sıvı ısınır. Başka bir örnekte ise oda sıcaklığındaki gazoz kutularını buz dolu bir soğutucuya koyduğumuzda, kinetik enerji sıcak metalden soğuk buza doğru olur. Buda kutuyu soğutur. Enerji daha sonra kutudaki sıcak gazozdan kutuya doğru aktarılır. Gazozdan yapılan bu enerji aktarımı sonucunda, gazoz moleküllerinin hareketi yavaşlar, ölçülebilen sıcaklık düşer ve gazoz soğur. Bir şeyin soğumasının nedeni, o şeyin enerji kaybetmesinden dolayıdır. İletim kuralı: Enerji sadece yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru olur. Bir şeye soğukluk vererek bir şeyi soğutamazsın, sadece aralarındaki enerji aktarımına izin verdiğinde soğutabilirsin. Bir maddenin atomlarının veya moleküllerinin ortalama kinetik enerjilerinin ölçülmesine sıcaklık denir. Pek bir şey anlaşılmadı değil mi? işte bu yüzden, sıcaklığın tam olarak ne olduğunun açıklanması gerekiyor. Sıcaklık bir maddenin hareketli atomları veya moleküllerinin kinetik enerjisi ile ilişkilidir. Bir şeyin sıcaklığını almamız, onun atomları ve moleküllerinin kinetik enerjileri hakkında bilgiyi almamız demektir. Fakat sadece bir taneciğin kinetik enerjisini değil. Çok küçük bir madde numunesinde bile 1 bilyon trilyon atom veya molekülden daha fazlası var. Atomlar veya moleküller devamlı hareket halindeler ve birbirlerine çarparak az miktarda da olsa enerji aktarımı yaparlar. Aynı anlarda, atomlar ve moleküller aynı kinetik enerjiye sahip olmayabilir. Bazıları daha hızlı hareket eder, bazıları daha yavaş hareket eder ve bazıları da (hatta birçoğu) yaklaşık olarak orta hızda hareket eder. Bir şeyin sıcaklığını ölçtüğümüz zaman, hızlı, yavaş veya orta hızda hareket yapan atomların veya moleküllerin hepsinin toplam hareketini yani ortalama kinetik enerjilerini ölmüş oluruz. Eğer sıcaklık atomların ve moleküllerin ortalama kinetik enerjisi ise, o zaman ısı nedir? Günlük hayatımızda çoğu zaman bu kelimeyi kullansak bile ısı bilimsel anlamı olan bir kelimedir. Bilimsel anlamı transfer edilen (iletilen) enerjidir. İletim esnasında, yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru enerji aktarımına ısı denir. 148 Orta Öğretim (Lise) Kimyası 2014 Yücel ALTUNDAL

3 Bir katının sıvı hale geçmesi Erime Katılarda, maddeleri oluşturan atomlar veya moleküller birbirlerini kuvvetli çeker ve sabit bir pozisyona sahiplerdir. Bu özellikler katılara belirli bir şekil ve belirli bir hacim kazandırır. Bir katı ısıtıldığında, taneciklerin (atomların veya moleküllerin) hareketi artar. Tanecikler birbirlerini halen çekmektedir fakat çekimin azalması ile hareketlenmeler başlar. Yeterli enerji verildiğinde ise tanecikler çekim kuvvetini yenerek özgürce hareket etmeye ve birbirleri üzerinde kaymaya başlarlar. Böylece maddeden katı halden sıvı hale geçiş olur. Bu olaya erime denir. Sıvı tanecikleri katı taneciklere göre birbirlerinden biraz daha fazla ayrıdır. Fakat su istisnadır çünkü sıvı sudaki moleküller buza göre birbirlerine daha yakındır. Sıvı tanecikleri katılara göre daha fazla kinetik enerjiye sahiptir. Fakat çekim kuvveti onları bir arada tutmaya yeterlidir. Böylece sıvı durumlarını korur ve gaz olamazlar. Farklı katılar farklı sıcaklıklarda erir Bir maddenin erimeye başladığı sıcaklığa erime noktası denir. Farklı maddelerin farklı erime noktası vardır. Maddeleri oluşturan atomlar veya moleküller birbirlerini farklı miktarlarda çektiği için farklı miktarlardaki enerji değişimi maddeleri katı halden sıvı hale dönüştürür. Buna şekerin ve tuzun erime noktası iyi bir örnektir. Şekerin erime noktası 186 C dir. Normal yemek tuzunun erime noktası 801 C dir. Kurşun ve demir gibi metaller farklı erime noktalarına sahiptir. Kurşunun erimesi 327 C ve demirin erimesi 1,538 C de gerçekleşir. Bazı katılar, (cam gibi) belli bir erime noktasına sahip değildir fakat erimeleri bir sıcaklık aralığında olur. Bu tür katılara amorf katılar denir. Amorf katılarda tanecikler, düzensiz bir şekilde gelişigüzel istiflenmiştir. Kesilmediği ve eritilmediği sürece belirli şekilleri yoktur. Cam, lastik, plastik, tereyağı amorf katılara örnektir. Camı oluşturan moleküller demir metalleri veya tuz ve şeker kristalleri gibi düzenli bir şekilde dizilmemişlerdir. Cam türüne bağlı olarak erime noktası genellikle 1,200-1,600 C arasındadır. Bir katının gaz haline geçmesi Süblimleşme Bazı maddeler doğrudan katıdan gaz haline geçebilirler. Bu olaya süblimleşme denir. Süblimleşmeye en yaygın örneklerden biri dondurulmuş karbon dioksit (CO2) gazı olan kuru buzdur. Kuru buz yapmak için karbon dioksit gazı yüksek basınç altında tutulur ve çok soğuk olur (yaklaşık -78,5 C). Bir kuru buz parçası oda sıcaklığında ve normal basınçta tutulduğu zaman, karbon dioksit gazı molekülleri hızlı hareket eder ve birbirlerinden ayrılarak doğrudan havaya giderek gaz olurlar. Buzluktaki normal buz parçalarından da süblimleşme gerçekleşir fakat kuru buza göre çok daha yavaştır Yücel ALTUNDAL Orta Öğretim (Lise) Kimyası 149

4 Bir sıvının gaz haline geçmesi Buharlaşma Her zaman buharlaşmanın olduğunu görebilirsiniz. Buharlaşma ıslak kıyafetlerin kurumasına ve biriken suyun kaybolmasına neden olur. Fakat aslında su kaybolmaz, sıvıdan gaz olarak hal değiştirir. Sıvı molekülleri yeterli enerjiyi aldıklarında moleküller arası çekimi yenerek buharlaşırlar. Sıvı molekülleri hareket ederek ve birbirlerine her zaman çarparak, enerji aktarımı yaparlar. Bu nedenle, bazı moleküller öteki moleküllerden daha fazla enerjiye sahip olur. Eğer sıvı molekülleri bu hareketler sonucu yeterli enerjiye sahipse olursa, bu moleküller etraflarındaki çekimi tamamen yok ederek havada gaz formuna geçerler. Bu olaya buharlaşma denir. Isıtma buharlaşma oranını artırır Büyük olasılıkla yüksek sıcaklıklarda buharlaşmanın daha hızlı gerçekleştiğini fark etmişsinizdir. Islak elbiseler ve çukurlardaki su birikintileri güneş veya başka bir ısı ile daha çabuk kurur. Isının buharlaşma hızına etkilerini test etmek için iki kâğıt havluya bir damla su damlatıp, birini oda sıcaklığında su dolu olan bir torba üzerine, ötekisini sıcak su dolu bir torba üzerine koyabilirsiniz. Sıcak torba üzerindeki su, oda sıcaklığındaki suya göre daha çabuk buharlaşacaktır. Bir sıvı ısıtıldığında, moleküllerin hareketi artar, moleküllerin birbirine yaptıkları çekim azalır ve daha hızlı hareket etmeye başlarlar. Böylece, su ısıtıldığında moleküllerin çoğu sudan ayrılarak buharlaşır ve gaz fazına geçer. 150 Orta Öğretim (Lise) Kimyası 2014 Yücel ALTUNDAL

5 Farklı sıvılar farklı buharlaşma hızına sahiptir Farklı sıvılar farklı buharlaşma hızına sahiptir. Çünkü farklı sıvıların molekülleri farklıdır. Bu moleküllerin sahip oldukları karakteristik güç ve birbirleri üzerindeki çekim farklıdır. Bu moleküllerin sıvıdan gaz haline geçmesi için enerji miktarlarının yeterince yüksek ve hareketleri üzerindeki çekimin az olması gerekir. Sıvılar geniş bir sıcaklık aralığında buharlaşır Oda sıcaklığında veya daha düşük sıcaklıklarda sıvılar hep buharlaşır. Bununla ilgili bir deneme yapabilirsiniz bir havluyu ıslatarak oda sıcaklığında bırakabilirsiniz. Bir sıvının buharlaştırılması için moleküllerin enerjisinin belirli bir miktarda olması gerektiğinden, oda sıcaklığında buharlaştırılması tuhaf görünebilir. Sıvıyı ısıtmadık enerjiyi nerden aldırlar? diye sorabilirsiniz. Unutmayın ki! Bir maddenin sıcaklığı atomların veya moleküllerin ortalama kinetik enerjisine bağlıdır. Soğuk suda bile moleküllerin küçük bir kısmı öteki moleküllerden çok daha fazla kinetik enerjiye sahiptir. Bir seksilyon molekülün rastgele çarpışmasıyla, buharlaşmak için daima moleküllerin bir kaçının yeterli enerjisi olacaktır. Buharlaşma yavaş olacak fakat olacaktır. Bir gazın sıvı haline geçmesi Yoğunlaşma Eğer soğuk bir bardağı dışarıya koyduğunuzda yüzeyinde su oluştuğunu göreceksiniz, bu yoğunlaşmaya örnektir. Havadaki su molekülleri bardağa temas eder ve enerjilerinin bir kısmını bardağa aktarır. Bu moleküller yavaş hareket etmeye başlar, birbirleri üzerindeki çekim artar ve sıvı olarak birbirlerine tutunur. Bu olaya yoğunlaşma denir. Soğutma yoğunlaşma oranını artırır Yoğunlaşma oranının soğutma ile artacağını görmek için bir deney yapabilirsiniz. İki bardağa su doldurup birini diğerine göre daha fazla soğutarak su buharını yoğunlaştırabilirsiniz. Deney için, iki geniş bardak içine sıcak su doldurup, üzerine bir başka bardak yerleştirebilirsiniz. Seçtiğiniz bir bardağa yandaki şekildeki gibi buz ekleyip deneyi oluşturabilirsiniz. Beş dakika içinde, her iki üst bardağın içinde su damlaları oluşacaktır fakat buz ile soğutulan bardakta daha çok su damlası oluşacaktır. Bu deney su buharı soğutulduğunda buharlaşacaktır fikrini ortaya koymaktadır. Bir gaz soğutulduğunda, moleküllerin hareketi azalır. Moleküllerin hareketi yeterince azaldığında molekülleri birbirlerini çeker ve birbirlerine tutunurlar. Birbirine tutunan moleküller arttıkça sıvı hal oluşacaktır ve yoğunlaşma artacaktır. Havadaki su buharı miktarı yoğunlaşma oranını etkiler Yoğunlaşmaya sadece sıcaklık etki etmez. Havadaki su moleküllerinin derişimi (konsantrasyonu) de önemli bir faktördür. Nem içindeki su moleküllerinin konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, yoğunlaşma oranı da o kadar yüksek olacaktır. Giysilerin nemli bir havada yavaş kurumasının nedeni de budur. Havadaki yüksek su buharı derişimi elbiselerde yoğunlaşmaya sebep olur. Yani buharlaşma olsa bile, yoğunlaşan su buharı kurutmayı yavaşlatır Yücel ALTUNDAL Orta Öğretim (Lise) Kimyası 151

6 Farklı gazlar farklı sıcaklıklarda yoğunlaşır Her bir gazın kendi molekülleri belli bir miktarda birbirini çeker. Sıvı olarak birbirine tutunması ve moleküllerin yeterince yavaşlaması için belirli bir sıcaklığa kadar soğutulması gerekir. Bir sıvının katı haline geçmesi Donma Bir sıvı yeterince soğutulursa, moleküller yavaşlar ve moleküller arası çekim artar. Moleküller arası çekimin artmasıyla moleküller sabit ve düzenli bir şekilde dizilerek katı olurlar. Bu olaya donma denir. Su donduğunda moleküller birbirlerinden biraz daha ayrılır Suyun donması çok farklıdır. Çünkü su donduğunda moleküller kendi kendilerine düzenlenir ve birbirlerinden biraz daha ayrılır yani hacimleri artar. Moleküller sıvı haldeyken birbirlerine daha yakındır. Farklı sıvıların farklı donma noktası vardır Farklı sıvılar farklı donma noktasına sahiptir. Her sıvı farklı moleküllerden oluşur. Farklı sıvıların molekülleri birbirlerini farklı miktarlarda çeker. Bu moleküller farklı derecelerde yavaşlar ve birbirlerine tutunarak kendi kendilerine sabit bir pozisyonda düzenlenirler. Bir gazın katı haline geçmesi Depozisyon Gaz moleküllerinin doğru konsantrasyonu ve sıcaklığı bulmasıyla, sıvı hale geçmeden doğrudan buza dönüşmesi olayına kırağı denir. Bu olay süblimleşmenin tersidir. Kırağının en yaygın bilinen örneği don oluşumudur. Havadaki su buharı ve sıcaklık arasında doğru kombinasyon olduğunda, su buharı sıvı olmadan don olarak değişebilir. Buharlaşma, Yoğunlaşma ve Hava Bulutlar Sıvı su buharlaşarak gökyüzüne doğru su buharı olarak hareket eder. Yüksek rakımlardaki hava yeryüzüne yakın havadan daha soğuktur. Bu nedenle yükselen su buharı soğuyarak yoğunlaşır ve küçük su damlaları olarak birikir. Bu damlalar gökyüzünde asılı kalarak bulutu oluştururlar. Yüksek rakımlardaki bulutlar hava yeterince soğuk olduğunda buz kristalleri içerebilir. Yüksek seviyelerdeki bulutlarda genellikle buz kristalleri oluşmaktadır. 152 Orta Öğretim (Lise) Kimyası 2014 Yücel ALTUNDAL

7 Yağmur Bulutları oluşturan küçük su damlaları yere düşmeyecek kadar küçüktür. Bu damlacıklar sis ve duman içindeki damlacıklara benzer. Fakat bu damlacıklar toplanıp bir araya geldiklerinde, büyük ve ağır olurlar. Yeterli ağırlığa ulaşınca yağmur olarak yeryüzüne düşerler. Kar Kar, yağmur gibidir, bulutlardaki su buharının yoğunlaşmasıyla başlar. Fakat hava yeterince soğuduğunda bulutlardaki su damlacıkları, aşırı soğumuş su damlacıkları ve buz kristalleri karışık halde bulunur. Aşırı soğumuş su damlacıkları, buz kristallerine temas ettiğinde hemen donar. Donan damlacıklar, daha sonra başka buz kristallerine yapışarak büyür ve kar tanelerini oluşturur. Kar taneleri, içindeki hava akımları tarafından tutulamayacak ağırlığa eriştiğinde, düşmeye başlar. Kar taneleri altı taraflı simetrisiyle çok güzel buz kristallerini oluşturur. Dolu Buluttaki su buharının yoğunlaşıp donmasıyla küçük buz kristalleri oluşur. Bu kristaller aşağı doğru hareket ederken, yolları üzerinde rastladıkları su moleküllerini yakalayarak, boyutlarını önemli ölçüde büyütürler. Çoğu kez buz taneleri eriyerek yağmur halinde düşer. Bunun nedeni aşağı indikçe daha sıcak hava katmanlarıyla karşılaşmalarıdır. Bazı dolular ise şöyle oluşur. Bulut (Boranbulut ya da kümü-lonimbüs bulutları) içinde donan su damlaları düşerken, yukarı doğru yükselen kimi kez de yatay olarak gelişen güçlü akımlar oluşur. Bu akımlar buz kristallerini bulutların içerisine tekrardan taşır. Buz kristallerine çarpan su buharı donar ve kristal etrafında toplanır. Su buharı yüklü bulut içindeki gidiş geliş hareketleri kristallerin büyümesine yol açar. Yeterli ağırlığa ulaşan buz taneleri aşağı doğru düşmeye başlar. Hava akımları düşen buz tanelerinin erimesine engel olur ve taneler erimek için yeterli zaman bulamadan aşağı düşerler. Çiğ Havadaki nem yeterince soğuduğunda veya soğuk bir yüzeye değdiğinde yoğunlaşarak sıvı su haline geçer. Çiğ yağmurdan farklıdır çünkü çiğ su damlası olarak düşmez. Yeryüzüne yakın nesneler üzerinde yavaş yavaş damla oluşturarak birikir. Çiğ, sık sık yaprakların ve çimlerin üzerinde oluşur ve ayrıca örümcek ağları üzerinde çok güzel desenler oluşturabilir. Kırağı (don) Kırağı, havadaki su buharının 0 C altındaki sıcaklıklarda sıvı hale geçmeden buza dönüşüp yeryüzünde çok soğuk yüzeyde birikmesiyle oluşur Yücel ALTUNDAL Orta Öğretim (Lise) Kimyası 153

8 Kırç Aşırı soğumuş su taneciklerinden oluşan bir sis uzun süre yerde kaldığında, su taneciklerinin soğuk cisimlere çarparak buz haline geçmesidir. Sis Genellikle toprağa yakın hava yukarıdaki havadan sıcaktır fakat sis bu koşulların tersi ile oluşur. Sis sıcak ve nemli hava, soğuk veya karlı zemin üzerinden geçerken soğur ve küçük su damları şeklinde yoğunlaşır. Böylelikle sis oluşur. Sis, bir buluttur ve havada görülen buluttan yapı olarak hiçbir farkı yoktur. Su yüzeyindeki Sis Su yüzeyinde sis oluşması için; havuz, gölet veya bir küvetteki suyun havadan daha sıcak olması gerekir. Sıcak sudaki hava buharlaşırken hava soğur ve yükselen su buharı yoğunlaşır. Tekrar küçük su damlası olur böylece su yüzeyinde sis oluşur. 154 Orta Öğretim (Lise) Kimyası 2014 Yücel ALTUNDAL